(57)【要約】【課題】  硬さを増大させ十分な耐摩耗性を付与することにより小型で安価な圧縮機用摺動部品及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  粒径が３０マイクロメートル未満の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作するか、あるいは、粒径が４０マイクロメートル以上の合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を製作し、窒化処理を行うようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径が３０マイクロメートル未満の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作し、窒化処理を行うことを特徴とする摺動部品の製造方法。
【請求項２】
粒径が４０マイクロメートル以上の合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を製作し、窒化処理を行うことを特徴とする摺動部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の製造方法により製造した摺動部品。
【請求項４】
摺動部品が、スクロール圧縮機において、可動スクロールに固定されたブッシュにより回転支持されるコンプラブッシュであることを特徴とする請求項３に記載の摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理により硬さを増大させて使用する摺動部品及びその製造方法に関するもので、特に圧縮機用摺動部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調機等に使用される圧縮機の場合、摺動部や摺動部品の表面処理を行い、耐摩耗性を向上させて長寿命化あるいは信頼性の向上を図っている。例えば、硬さを増大させて用いる圧縮機用の摺動部品は、ＳＡＣＭ６４５のような窒化鋼を粗加工した後、窒化処理を行い、仕上げ加工を行うことにより表面をＨｖ９００程度まで硬くして使用している。
【０００３】
この場合、窒化鋼の素材成形は溶製材の鋼材から削り出しを行なうか、あるいは溶製材を粗加工の取り代が片側１ミリメートル程度の精度で熱間鍛造で成形し、それから削り出しを行なう工程でしか部品製作は困難である。しかしながら、そのような工程では部品製作が容易ではなく、製造費用がかかるという課題がある。
【０００４】
また、図５に示されるように、窒化処理後の仕上げ加工により仕上げ加工領域１４が除去され、露出面１５が使用面となるが、この使用面１５の硬さはＨｖ９５０程度しか出ない。
【０００５】
そこで、圧縮機用摩耗部品の表面を除去する研削加工を行った後、表面を硬化させる窒化処理を行い、さらに表面を直径で０．２５ミリメートル以下の範囲で除去する研削加工を行い、摺動面の硬さをＨｖ１０００以上とするものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−９８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近では、部品の小型化が求められるため、圧縮機用摺動部品にかかる力が増大する傾向にあり、特許文献１に記載の方法を利用しても、十分な耐摩耗性を有する圧縮機用摺動部品の小型化が難しく、さらなる耐摩耗性の向上を図る必要があった。
【０００８】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、硬さを増大させ十分な耐摩耗性を付与することにより小型で安価な摺動部品及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、粒径が３０マイクロメートル未満の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作し、窒化処理を行うことを特徴とする摺動部品の製造方法である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、粒径が４０マイクロメートル以上の合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を製作し、窒化処理を行うことを特徴とする摺動部品の製造方法である。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１あるいは２に記載の製造方法により製造した摺動部品である。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、摺動部品が、スクロール圧縮機において、可動スクロールに固定されたブッシュにより回転支持されるコンプラブッシュであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、粒径が３０マイクロメートル未満の合金粉末を使用して金属射出成形で素材を製作するか、あるいは、粒径が４０マイクロメートル以上の合金粉末を使用して圧粉体焼結成形で素材を製作し、窒化処理を行うようにしたので、溶製材に比べ、表面硬さを向上させて十分な耐摩耗性を付与することができ、小型の摺動部品を提供することができる。また、溶製材からの製作に比べ、粗加工の取り代が少なくて済むため製作費が低減し、安価な摺動部品を提供することができる。
【００１４】
また、従来に比べ表面固さが向上するので、空調機の圧縮機等における摺動箇所を構成する部品の肉厚を一層薄型化することが可能となり、圧縮機の小型化を図ることができるとともに信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、コンプラブッシュと呼ばれるスクロール圧縮機に使用される部品を示しており、本発明の実施の形態１にかかる圧縮機用部品の一例である。
【００１６】
この圧縮機用部品１はＳＵＳ４２０Ｊ２相当のステンレス鋼の粉末粒を金属射出成形して製作されており、内側と外側を０．０５〜０．２ミリメートル程度の粗加工した後に、約５９０℃の温度で窒化処理を約９時間行い、その後、内側と外側を２０〜１００マイクロメートルの仕上げ加工を施したものである。なお、クロムを含有するステンレス鋼や耐熱鋼等の表面に付いた緻密で密着性のある強固な酸化被膜は、例えば有機系塩化物、フッ化水素、硫化水素等を用いて除去される。
【００１７】
図２は、図１に示される圧縮機用部品と、同等材質の溶製材に同条件で窒化処理を施した部品の硬さ分布曲線である。縦軸はマイクロビッカース硬さを、横軸は表面からの距離をそれぞれ示している。
【００１８】
図２からわかるように、金属射出成形で製作された部品の窒化処理後の硬さ２は、同成分の溶製材から製作された部品の硬さ３に比べて１５０ポイント近く上昇し、硬い部分の深さは浅くなっていることがわかる。これは、金属射出成形品を焼成する際に２バール程度の空気が存在する条件で焼成しているため、クロム炭化物から炭素が抜けるいわゆる脱炭が発生したためである。この脱炭は、金属射出成形品が脱蝋され、密度が５０％程度の状態から９８％以上に焼結される間に起こるので、内部まで脱炭が発生している。焼成後、粗加工を行い、さらに窒化処理を行うと、窒化処理で硬化に有効なクロムが脱炭の影響で溶製材より多く残留しているので、窒化クロムが溶製材の窒化処理品より多くなり硬さが硬くなると考えられる。
【００１９】
また、溶製材に比べて金属射出成形品の方が硬さが浅いのは、窒化処理が同条件であれば、金属射出成形品はクロムが多いために表面側で窒化クロムを形成する窒素が消費されるためと考えられる。なお、時間の延長やアンモニアガス濃度の調整等により金属射出成形品でも溶製材と同等の硬さの深さを得ることは容易であるので、金属射出成形品の方が硬い表面を容易に実現することができる。
【００２０】
さらに、硬い表面を得るのが主目的であれば、溶製材と同一の窒化条件で処理を行えば良く、経済的であり、溶製材に比べ窒化により高い硬さを得ることができるので、圧縮機用部品の小型化を達成することができる。また、素材の寸法精度が高く粗加工による取り代が少なくできるので、加工費用を抑制することができ、安価な圧縮機用部品を提供することができる。
【００２１】
本実施の形態は、ステンレス鋼の金属射出成形を例にとり説明したが、ダイス鋼を用いても同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態は、窒化処理を例にとり説明したが、軟窒化処理やイオン窒化処理でも同様の効果を得ることができる。
【実施例１】
【００２２】
金属射出成形に使用する合金粉末として、種々の粒径のものを用いて圧縮機用摺動部品を製作したところ、表１に示されるような結果が得られた。
【表１】
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なお、表１における記号の意味は以下のとおりである。
〇：良好な圧縮機用摺動部品の製作が可能
△：使用可能な圧縮機用摺動部品の製作が可能
×：圧縮機用摺動部品の製作が不可能
【実施例２】
【００２３】
図３は、本発明にかかる圧縮機用摺動部品を組み込んだスクロール圧縮機の斜視図である。
図３に示されるように、可動スクロール７にはブッシュ８が、軸受９にはブッシュ１０が各々固定されている。これらのブッシュ８，１０は、カーボンを主原料としていることから非常に硬い。例えば、連帯焼結したバイメタル上にカーボンやグラファイトを混入させたポリアミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を含浸焼成したもので、硬いカーボンやグラファイトと柔らかい樹脂とを主原料としていることから表面の硬さが不均一で、運転中は柔らかい樹脂面が凹んで硬いカーボンやグラファイトが突出する形となり、摺動部に非常に硬く作用する。すなわち、ブッシュ１０により回転支持される駆動軸１１や、ブッシュ８により回転支持されるコンプラブッシュ１は高い表面硬さを要求される。
【００２４】
この要求を満たすため、駆動軸１１は窒化鋼を荒削り後窒化処理して仕上げ加工を施されており、表面硬さはＨｖ９００〜１０００程度を得ている。コンプラブッシュ１は外径１６ミリメートル、長さ１７ミリメートルで、ステンレス鋼の金属射出成形品を粗加工後窒化処理し、さらに仕上げ加工という工程を踏むことにより、その表面硬さはＨｖ１２００〜１３００程度になっている。この組み合わせにより、駆動軸１１とブッシュ１０、コンプラブッシュ１とブッシュ８の信頼性を確保することができる。
【００２５】
同様に、コンプラブッシュ１を窒化鋼の熱間鍛造品から粗加工後窒化処理を行い仕上げ加工して使用した場合には、外径の硬さはＨｖ９００〜１０００程度であり、外径は同じ１６ミリメートルでも信頼性を確保するためには１９ミリメートルの全長が必要であった。さらに、コンプラブッシュ１にステンレス鋼の窒化処理品を使用した場合には、各々の摺動面は駆動軸１１は窒化鉄、コンプラブッシュ１は窒化クロムという高い硬さ同士でも、その表面組成が異なるために焼き付かず、高い信頼性を得ることができる。
【００２６】
なお、本実施例では、回転摺動する摺動部品を例に説明したが、ロータリ式圧縮機等に設けられるベーン、ベーンを摺動自在に保持するシリンダ等の往復摺動する摺動部品でも同様である。
【００２７】
また、本実施例はスクロール圧縮機を例にとり説明したが、ローリングピストン式圧縮機等、種々の圧縮機の摺動部品に適用することにより、小型で安価な信頼性の高い圧縮機を実現することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、図１に示される圧縮機用部品１がＳＵＳ４４０Ｃ相当のステンレス鋼の粉末粒を使用して圧粉体焼結成形で製作されており、内側と外側を０．１〜０．３ミリメートル程度の粗加工した後に、約５００℃の温度で窒化処理を約６時間行い、その後、内側と外側を２０〜１００マイクロメートルの仕上げ加工を施したものである。なお、クロムを含有するステンレス鋼や耐熱鋼等の表面に付いた緻密で密着性のある強固な酸化被膜は、例えば有機系塩化物、フッ化水素、硫化水素等を用いて除去される。
【００２９】
図４は、本実施の形態にかかる圧縮機用の摺動部品と、同等材質の溶製材に同条件で窒化処理を施した部品の硬さ分布曲線である。縦軸はマイクロビッカース硬さを、横軸は表面からの距離をそれぞれ示している。
【００３０】
図４からわかるように、圧粉体焼結成形で製作された部品の窒化処理後の硬さ５は、同成分の溶製材から製作された部品の硬さ６に比べて５０ポイント近く上昇し、硬い部分の深さは浅くなっていることがわかる。これは、４０マイクロメートル以上の大きな粒径の合金粉末を用いるために、密度が８５％程度までしかあがらず、窒化ガスが合金粉末間の隙間から侵入することから、合金粉末の外周から窒素が侵入し粉末全体が硬くなるため、密度が１００％の溶製材に比べて硬くなりやすいと考えられる。
【００３１】
また、溶製材に比べて圧粉体焼結成形品の方が硬さが浅いのは、溶製材と同じ窒化条件であれば合金粉末の外周から窒素が侵入する分、窒化される表面積が大きいため、窒素が多く消費されるためと考えられる。なお、時間の延長やアンモニアガス濃度の調整等により圧粉体焼結成形品でも溶製材と同等の硬さの深さを得ることは容易であるので、圧粉体成形品の方が硬い表面を容易に実現することができる。
【００３２】
さらに、硬い表面を得るのが主目的であれば、溶製材と同一の窒化条件で処理を行えば良く、経済的である。また、溶製材に比べ窒化により高い硬さを得ることができるので、圧粉体焼結成形品を用いて素材を製作し、窒化処理を行うことにより圧縮機用部品の小型化を達成することができる。さらに、素材の寸法精度が高く粗加工による取り代が少なくできるので、加工費用を抑制することができ、安価な摺動部品を提供することができる。
【００３３】
本実施の形態は、ステンレス鋼の圧粉体焼結成形を例にとり説明したが、ダイス鋼を用いても同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態は、窒化処理を例にとり説明したが、軟窒化処理やイオン窒化処理でも同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３４】
圧粉体焼結成形に使用する合金粉末として、種々の粒径のものを用いて圧縮機用摺動部品を製作したところ、表２に示されるような結果が得られた。
【表２】
2005147137.tif 000004
なお、表２における記号の意味は以下のとおりである。
〇：良好な圧縮機用摺動部品の製作が可能
△：使用可能な圧縮機用摺動部品の製作が可能
×：圧縮機用摺動部品の製作が不可能
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、摺動部品の表面硬さを向上させて十分な耐摩耗性を付与することができるとともに、粗加工の取り代が少なく製作費が低減するので、摺動部品を小型で安価に製作することができ、コンプラブッシュに限らず通常のブッシュやシャフト等にも適用できるほか、圧縮機の他にもエンジン等の摺動部品等に使用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１あるいは２にかかる圧縮機用摺動部品の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる圧縮機用摺動部品と、同等材質の溶製材に同条件で窒化処理を施した部品の硬さ分布曲線である。
【図３】本発明にかかる圧縮機用摺動部品を組み込んだスクロール圧縮機の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる圧縮機用摺動部品と、同等材質の溶製材に同条件で窒化処理を施した部品の硬さ分布曲線である。
【図５】従来の圧縮機用摺動部品の窒化処理後の硬さ曲線である。
【符号の説明】
【００３７】
１  圧縮機用摺動部品（コンプラブッシュ）
２  ＳＵＳ４２０Ｊ２を焼成して窒化処理した後の硬さ曲線
３  ＳＵＳ４１０Ｓ溶製材の窒化処理の硬さ曲線
５  ＳＵＳ４４０Ｃ圧粉体焼結成形品の窒化処理の硬さ曲線
６  ＳＵＳ４４０Ｃ溶製材の窒化処理の硬さ曲線
７  可動スクロール
８、１０  ブッシュ
９  軸受け
１１  駆動軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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